Вынужденное (индуцированное) излучение

УСТРОЙСТВO И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО ЛАЗЕРА

Принцип работы ОКГ (лазеров)

Работа оптических квантовых генераторов (лазеров) основана на трех фундаментальных идеях, родившихся в различных областях физики.

Ø Первая идея сформулирована А. Эйнштейном в 1916 г. в рамках теории теплового излучения. Эйнштейн постулировал возможность процесса вынужденного испускания фотонов атомами, находящимися в возбужденном состоянии.

Ø Вторая фундаментальная идея: применение термодинамически неравновесных систем (т.е. активных сред с инверсной заселенностью энергетических уровней), в которых возможно усиление, а не поглощение электромагнитных волн. Эта идея принадлежит советскому физику В. А. Фабриканту (1940г.)

Ø Третья идея имеет радиофизические корни - это использование положительной обратной связи для превращения усиливающей системы в автоколебательную, т.е. в генератор когерентных электромагнитных волн.

3а разработку и создание ОКГ советским физикам Н.Г. Басову, А.М. Прохорову и американскому физику Ч. Таунсу была присуждена в 1964 г. Нобелевская премия по физике.

Вынужденное (индуцированное) излучение

Рис.1. Схема индуцированного излучения в модели атома Резерфорда-Бора.

Допустим, что на атом падает фотон с энергией ,где и - какие-либо два энергетических уровня атома. Если атом находится на нижнем уровне e₁, то падающий фотон может поглотиться. Если же атом находится на верхнем возбужденном уровне e₂, то может произойти вынужденный переход на нижний вровень e₁ с испусканием второго фотона. Этот процесс называется индуцированным излучением. В результате вместо одного падающего фотона получается два тождественных фотона.

Первичный и вторичный фотоны при вынужденном излучении обладают следующими свойствами:

а) одинаковая частота и фаза фотонов;

б) одинаковое направление распространения;

в) одинаковая поляризация фотонов.

Эти свойства индуцированного излучения используются в лазерах.